EKSTRAKSI
2.1 Pendahuluan
|
BERKESINAMBUNGAN SOXHLETASI  |  | ||
PADAT-CAIR MASERASI | |||
 |
BERTAHAP PERKOLASI |
REPERKOLASI
 | |||
 | |||
EKSTRAKSI PELARUT B.J > AIR |
BERKESINAMBUNGAN |
PELARUT B.J < AIR
CAIR-CAIR
TUNGGAL
BERTAHAP JAMAK
Gambar 2.1. Pengolongan Ekstraksi
Berdasarkan bentuk campuran yang diekstraksi, dapat dibedakan dua macam ekstraksi yaitu :
1. Ekstraksi padat cair (Solid-liquid extraction).
Substansi yang diekstraksi terdapat di dalam campurannya yang berbentuk padat.
2. Ekstraksi cair-cair (Liquid-liquid extraction)
Substansi yang diekstraksi terdapat dalam campurannya yang berbentuk cair.
Berdasarkan proses pelaksanaannya ekstraksi, dapat dibedakan dua macam ekstraksi yaitu :
1. Ekstraksi berkesinambungan (Continous extractions)
Ekstraksi dengan menggunakan pelarut yang sama dipakai berulang-ulang sampai proses ekstraksi selesai
2. Ekstraksi bertahap (Bath
Ekstraksi yang dilakukan dengan selalu menggantikan pelarut pada setiap tahap sampai proses ekstraksi selesai
Sebelum membicakan lebih lanjut tentang ekstraksi terlebih dahulu diberikan beberapa pengertian :
1. Ekstrak dan rafinat
Jika suatu senyawa (flavanoid) dalam air diekstraksi dengan kloroform, maka setelah ekstraksi, fasa klorofom disebut ekstrak dan sisa larutan dalam air disebut rafinat.
2. Teori Nernst
Teori Nernst menyatakan: suatu solut (zat terlarut) yang larut dalam suatu fasa cairan, yang berkeseimbangan dengan fasa cairan lain yang tak saling campur dengan fasa cairan yang pertama, akan menyebar diantara kedua fasa itu sedemikian rupa sehingga nisbah (ratio) konsentrasi-konsentrasi dalam kedua fasa itu konstan pada suhu tetap.
Teori Nernst dirumuskan dalam suatu persamaan (1.1) sebagai berikut :
............................................(1.1)dengan :
C1 = Kosentrasi solut pada fasa yang lebih ringan
C2 = Konsentrasi solut pada fasa yang lebih berat
K = Koefisien distribusi atau koefisien partisi
3. Ratio distribusi (distribution ratio)
Umumnya ekstraksi cair-cair melibatkan 2 macam pelarut yang masing-masing berupa pelarut organik dan air. Bila kedalam kedua campuran tersebut ditambahkan solut A, maka ratio distribusi adalah
……………………………….. (1.2)dengan :
D = ratio distribusi
(A)o = konsentrasi solut A didalam semua bentuk kimianya yang terdapat didalam pelarut organik (g/ml)
(A) = kosentrasi solut A didalam semua bentuk kimianya yang terdapat di dalam air
Untuk suatu larutan yang encer, dan solute mempunyai satu bentuk kimia yang sama didalam kedua macam pelarut maka Kd = D.
4. Isoterm Partisi
Bila konsentrasi solut pada rafinat diplot terhadap konsentrasi solut pada ekstrak, maka akan didapat grafik seperti pada Gambar 2.2 berikut
Gambar 2.2 Isoterm Partisi
Jika koefisien partisi tidak berubah dengan perubahan konsentrasi maka garis yang diperoleh adalah garis lurus (A). Jika konsentrasi meningkat solut lebih banyak berada pada fase ekstrak, maka akan didapat garis B, dan bila konsentrasi meningkat solut lebih banyak berada pada fasa rafinat, maka akan didapat garis C.
5. Kesempurnaan ekstraksi
Kesempurnaan suatu ekstraksi tergantung pada beberapa faktor, seperti : pH, macam pelarut, ratio distribusi, volume pelarut, jumlah ekstrasi yang dilakukan.
Konsentrasi solut yang tertinggal didalam air (C) setelah satu kali ekstraksi dengan pelarut organik besarnya adalah :
................................(1.3)Dengan :
V = volume larutan dalam air
Vo = volume pelarut organik
D = ratio distribusi
C = konsentrasi solute yang tertinggal didalam air setelah satu kali ekstraksi (g/ml)
Co = lonsentrasi solute didalam air sebelum ekstraksi (g/ml)
Konsebtrasi solut yang tertinggal didalam air (C) setelah n kali ekstraksi dengan pelarut organik besarnya adalah
…………………….(1.4)Cn = kosentrasi solute yang tertinggal didalam air setelah n kali ekstraksi (g/ml)
Dengan demikian ekstraksi tergantung kepada ratio distribusi dan ratio volume pelarut. Jumlah solut yang terekstraksi dapat dinyatakan dengan persen ekstraksi (%E). Ada
..........................................(1.5)6. Selektivitas suatu ekstraksi
Pada umumnya dalam suatu ekstraksi terlibat beberapa macam solut. Ekstraksi akan berhasil memisahkan solut satu dari solut yang lainnya bila masing-masing solut mempunyai D yang sangat berbeda. Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa suatu pemisahan hanya dimungkinkan bila D1 ¹ D2 ¹ D3, dan seterusnya. Ukuran daya pemisahan dua macam substansi dinyatakan dengan faktor pemisahan (α)
.........................................(1.6)D yang mempunyai harga lebih besar selalu sebagai pembilang, dan D yang mempunyai harga lebih kecil selalu sebagai penyebut. Dengan demikian α selalu mempunyai harga yang lebih besar dari satu. Faktor pemisahan α yang mempunyai harga sebesar mungkin dapat diperoleh dengan memilih sistim pelarut ekstraksi yang paling tepat.
Makin sempurnanya satu komponen terekstraksi, makin besar kontaminasi yang disebabkan oleh terekstraksi komponen-komponen yang lain. Sebagai akibatnya, dalam suatu ekstraksi harus ditentukan terlebih dahulu sasaran yang ingin dicapai, apakah ingin dicapai suatu hasil yang banyak atau hasil dengan kemurnian tinggi. Ekstraksi yang mempunyai hasil dengan jumlah dan kemurnian yang tinggi hanya dapat dimungkinkan bila faktor pemisah α mempunyai harga yang cukup besar.
2.2 Ekstraksi Padat-Cair
Dalam ekstraksi padat-cair, bahan yang diekstraksi berwujud padat dan pengekstraksinya berwujud cair. Ekstraksi padat-cair paling banyak ditemui dalam uasaha mengisolasi substansi berkhasiat yang terkandung didalam bahan dari alam. Sifat-sifat bahan alam tersebut merupakan factor yang berperan sangat penting terhadap sempurna atau mudahnya ekstraksi dijalankan.
2.2.1 Ekstraksi padat-cair kontinyu
Pelarut pengekstraksi dalam ekstraksi padat-cair kontinyu dapat dipakai berulang-ulang dengan cara sirkulasi. Peralatan ekstraksi padat-cair kontinyu yang umum digunakan disebut Soxhlet.
2.2.1.1 Soxhlet
Cara ekstraksi dengan soxhlet sering disebut soxhletasi. Alat soxhletasi dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3. Rangkaian Peralatan Soxhletasi
2.2.1.1.1 Mekanisme kerja soxhletasi
Pada soxhletasi pelarut pengekstraksi yang mula-mula ada dalam labu dipanaskan sehingga menguap. Uap pelarut ini naik melalui pipa pengalir uap dan cell pendingin sehingga mengembun dan menetes pada bahan yang diekstraksi. Cairan ini menggenangi bahan yang diekstrak dan bila tingginya melebihi tinggi sifon, maka akan keluar dan mengalir ke dalam labu penampung ekstrak. Ekstrak yang terkumpul dipanaskan sehingga pelarunya menguap tetapi substansinya tinggal pada penampung. Dengan demikian terjadilah pendaur-ualngan (recycling) pelarut dan bahan tiap kali diekstraksi dengan pelarut yang segar.
Prosedur penggunaan alat soxhletasi
1. Rangkai peralatan soxhlet dengan benar.
2. Dibuat tempat bahan yang diekstrak dari kertas saring bundar dibagian bawah dan silindris dibagian sisi, sehingga pas dengan kolom tempat bahan. Tempat ini ada yang sudah siap pakai berbahan asbes atau kertas saring tebal yang berbentuk seperti tabung reaksi besar dan dikenal sebagai thimble.
3. Thimble tersebut dipasang dalam tempat bahan (sebelumnya pendingin dilepas).
4. Kedalam thimble tersebut dimasukkan serbuk bahan yang akan diekstraksi, dan tinggi bahan tidak boleh melewati tinggi sifon. Kemudian diatas bahan tersebut dipasang kertas saring bundar.
5. Kemudian dimasukkan pelarut yang jumlahnya satu setengah kali volume satu sirkulasi. Caranya, diambil pelarut yang jumlahnya tertentu perlahan-lahan, sampai terjadi sirkulasi cairan melalui sifon ke dalam labu penampung. Volume satu sirkulasi ini diketahui dengan melihat sisa pelarut, kemudian ditambahkan setengah volume satu sirkulasi tersebut.
6. Pendingin Allihin dipasang kembali dan air pendingin dijalankan.
7. Pemanas listrik dihidupkan dan ekstraksi dimulai. Lama ekstraksi dapat ditentukan dengan waktu (jam) atau dengan jumlah sirkulasi yang terjadi.
8. Ekstraksi diakhiri jika warna ekstrak yang nampak pada sifon sudah tidak berubah lagi (bagi suatu bahan yang diekstraksi mula-mula memberikan cairan berwarna), cairan, memberikan reaksi negative bila dilakukan reaksi identifikasi
9. Ekstraksi Soxhlet dihentikan dengan cara, mula-mula pemanas atau penangas dimatikan, air pendingin dihentikan, pendingin Allihn diambil, tempat bahan dilepas dan cairan yang tersisa dituang dengan hati-hati ke dalam cawan penguap. Labu penampung dilepas dan isinya dikumpulkan dalam cawan penguap untuk selanjutnya ekstrak diuapkan.
2.2.1.1.2 Kelemahan dan Keuntungan soxhletasi :
Kelemahan soxhletasi adalah substansi harus stabil pada temperatur didih pelarut, ekstraksi berlangsung relatif lama karena adanya pendinginan oleh udara. Keuntungan adalah pelarut yang digunakan sedikit dan dapat digunakan berulang-ulang sehingga substansi yang diperoleh relative besar.
2.2.2 Ekstraksi Padat-Cair diskontinyu
Pelarutnya pengekstraksi pada ekstraksi padat-cair diskontinyu digunakan hanya satu kali melewati bahan yang diekstraksi, kemudian bila perlu menggunakan pelarut yang baru. Teknik maserasi dan perkolasi sering digunakan dalam cara ekstraksi ini.
2.2.2.1 Maserasi
Maserasi umumnya digunakan untuk bahan alam yang segar. Bahan alam dimasukkan ke dalam suatu bejana kemudian dituangi dengan pelarut, ditutup dan dibiarkan dalam selang waktu tertentu. Kemudian larutan yang didapat diambil dan bahan dapat dituangi lagi dengan pelarut yang baru.
2.2.2.1.1 Kelemahan dan keuntungan maserasi :
Kelemahan maserasi adalah memerlukan waktu yang lama dan pelarut yang banyak, sedangkan substansi yang terekstraksi tidak banyak. Keuntungan adalah tidak banyak energi yang diperlukan
2.2.2.2 Perkolasi
Perkolasi adalah suatu cara ekstraksi dengan mengalirkan pelarut ke dalam suatu bahan yang diekstraksi sehingga subtansi dalam bahan tersebut tertarik ke dalam pelarut. Hasil perkolasi ini disebut perkolat. Perkolasi banyak digunakan untuk mengekstraksi substansi dari bahan tumbuhan. Pada proses perkolasi, terjadi partisi substansi yang diekstraksi, antara bahan (matriks) dengan pelarut pengekstraksi. Dengan pengaliran pelarut secara berulang-ulang, maka makin banyak substansi yang tertarik.
Teknik perkolasi dilakukan dalam alat yang disebut perkolator. Perkolator dapat dibuat dari dari gelas atau logam. Perkolator yang paling sederhana dapat dibuat dari botol yang dipotong bagian bawahnya. Rangkaian peralatan perkolator ditunjukkan pada Gambar 2.4
Gambar 2.4. Rangkaian Peralatan Perkolator
2.2.2.2.1 Prosedur pelaksanaan perkolasi
1. Sampel mula-mula dikeringkan dan diserbuk. Serbuk tersebut dimasukkan ke dalam bekerglas dan dibasahi dengan pelarut pengekstraksi sampai sedikit basah (untuk mengempalkan serbuk tersebut agar mudah dimasukkan ke dalam perkolator).
2. Setelah perkolator dilengkapi dengan kertas saring dan kapas, serbuk tersebut dimasukkan ke dalam perkolator sedikit demi sedikit sampai habis.
3. Kedalam perkolator dituangkan perlahan-lahan pelarut pengekstraksi. Diusahakan agar permukaan serbuk tetap datar, dan penuangan diteruskan sampai permukaan pelarut setinggi 1-2 cm diatas permukaan serbuk.
4. Bagian atas perkolator ditutup dengan cawan petri atau dengan lembaran plastik agar pelarut tidak menguap, dan perkolator didiamkan semalam. Tindakan ini untuk menghilangkan gelembung udara dan memaserasi serbuk tersebut sehingga ada substansi yang sudah tertarik oleh pelarut.
5. Kran perkolator dibuka sedikit sampai pelarut menetes dengan kecepatan 1 – 2 ml/menit. Bila akan digunakan sejumlah pelarut yang lebih banyak daripada penuangan sebelumnya, maka diatas perkolator dipasang corong pisah berisi pelarut dan diteteskan dengan kecepatan yang sama dengan penetesan pada kran perkolator.
6. Penetesan dilakukan sampai sampel perkolat tidak menunjukkan adanya substansi yang ditarik, dengan reaksi kimia. Kamudian sisa pelarut yang ada dalam perkolator dihabiskan dan dikumpulkan dengan perkolat sebelumnya, kemudian perkolat diuapkan sehingga didapat substansi yang diperkolasi.
2.2.2.2.2 Kelemahan dan keuntungan perkolasi
Kelemahan perkolasi adalah diperlukan banyak pelarut dan waktu yang lama sedangkan substansi yang didapat relatif tidak banyak. Keuntungan adalah tidak diperlukannya pemanasan, sehingga teknik ini baik untuk substansi termolabil (yang tidak tahan terhadap panas).
2.3 Ekstraksi Cair-Cair
Ekstraksi cair-cair adalah suatu proses yang berdasarkan kepada distribusi solute dari dua macam pelarut yang satu sama lainnya saling tidak larut. Solut tersebut akan terbagi kedalam kedua macam pelarut tersebut sampai dicapai suatu keadaan yang setimbang.
2.3.1 Ekstraksi cair-cair kontinyu
Ekstraksi cair-cair kontinyu menggunakan pelarut pengekstraksi yang tidak saling campur dengan cairan bahan yang diekstraksi. Ada
1 ekstraksi cair-cair dengan massa massa
2. ekstraksi cair-cair dengan massa massa
2.3.1.1 Ekstraksi cair-cair dengan massa jenis pelarut pengekstraksi lebih besar massa jenis cairan bahan (air)
Ekstraksi cair-cair ini dilakukan menggunakan ekstraktor Wehrli. Rangkainan peralatan ekstraktor Wehrli dapat dilihat pada Gambar 2.5. Mekanisme kerja ekstraktor Wehrli adalah pelarut yang lebih berat dapat air menetes melewati cairan yang diekstraksi sambil membawa substansi yang dicari menuju ke bagian bawah ekstraktor tersebut dan melewati pipa pengalir ekstrak menuju labu penampung ekstrak. Penampung ekstrak dipanaskan dengan penangas sehingga menguapkan pelarut. Uap pelarut melewati pipa pengalir uap pelarut menuju pendingin dan didinginkan sehingga mengembung dan menetes lagi menuju bahan yang diekstraksi. Pelarut yang digunakan misalnya kloroform dan karbon tetraklorida.
Gambar 2.5. Rangkaian Peralatan Ekstraktor Wehrli
2.3.1.1.1 Prosedur penggunaan ekstraktor Wehrli
1. Rangkai peralatan ekstraktor Wehrli.
2. Sebagian pelarut pengekstraksi dituang ke dalam ekstraktor sampai ada yang masuk ke dalam pipa pengalir ekstrak.
3. Bahan yang akan diekstraksi dituangkan sedikit demi sedikit kedalam ekstraktor dengan memperhatikan tetap adanya pelarut dalam ekstraktor. Bila terlalu pelarut pengekstraksi, ditambahkan pelarut tersebut sehingga tetap ada pelarut pengekstraksi pada bagian bawah ekstraktor tersebut.
4. Penambahan bahan yang diekstraksi dan pelarut pengekstraksi diteruskan secara bergantian sampai bahan yang akan diekstraksi telah dimasukkan.
5. Pendingin dipasang dan aliran air dijalankan dan labu penampung dipanaskan, maka terjadi penguapan dan pengembunan pelarut pengekstraksi.
6. Ekstraksi diteruskan sampai warna cairan ekstrak pada pipa pengalir ekstrak tidak berubah, kemudian ekstraksi dapat dihentikan.
2.3.1.1.2 Kelemahan dan keuntungan penggunaan ekstraktor Wehrli
Kelemahan penggunaan ekstraktor Wehrli adalah tidak dapat digunakan untuk zat termolabil. Keuntungan penggunaan ekstraktor Wehrli adalah dengan pelarut yang sedikit akan dapat diperoleh substansi yang relatif banyak.
2.3.1.2 Ekstraksi cair-cair dengan massa jenis pelarut pengekstraksi lebih kecil daripada massa jenis cairan bahan (air)
Ekstraksi cair-cair dilakukan menggunakan ekstraktor Kutsher-Steudel. Rangkaian peralatan ekstraktor Kutsher-studel ditunjukkan pada Gambar 2.5. Mekanisme ekstraktor Kutsher-Steudel adalah pelarut yang lebih ringan daripada air, misalnya eter, n-heksana, dll. Yang ada dalam labu penampung ekstrak bila dipanaskan akan menguap. Uap ini melewati pipa pengalir uap menuju pendingin dan didinginkan sampai mengembun. Embunan pelarut ini menetes melalui corong dan naik keatas melewati bahan yang diekstraksi sambil membawa substansi yang dicari menuju kebagian atas ekstraktor tersebut dan melewati pipa pengalir ekstrak menuju labu penampung
Gambar 2.6 Rangkaian Peralatan Ekstraktor Kutsher-Studel
2.3.1.2.1 Prosedur penggunaan ekstraktor Kutscher-Steudel
1. Rangkai peralatan ekstraktor kutscher-steudel
2. Cairan yang diekstraksi dituangkan ke dalam ekstraktor melalui corong sampai ketinggian dibawah pipa pengalir uap, untuk memberi tempat kepada ekstrak yang terburuk.
3. Sebagian besar pelarut (setengah sampai dua pertiga) dimasukkakn ke dalam labu penampung. Diperkirakan jika tinggi ekstrak mencapai maksimum, masih ada cairan pada labu untuk memungkinkan adanya sirkulasi.
4. Pendingin dipasang, aliran air dijalankan dan labu penampung dipanaskan, maka terjadi penguapan dan pengembungan pelarut pengekstraksi.
5. Ekstraksi diteruskan sampai warna cairan ekstrak pada bagian atas ekstraktor tidak berubah (tidak bertambah mudah), kemudian ekstraksi dapat dihentikan.
2.3.1.2.2 Kelemahan dan keuntungan penggunaan ekstraktor Kutscher-Steudel
Kelemahan dan keuntungan sama dengan penggunaan ekstraktor Kutscher-Steudel penggunaan ekstraktor Wehrli.
2.3.2 Ekstraksi cair-cair diskontinyu
Ekstraksi cair-cair diskontinyu dilakukan dengan menggunakan corong pisah. Beberapa jenis corong pisah dapat dilihat pada Gambar 2.7
Gambar 2.7 Berbagai bentuk corong pisah
a. Benbentuk buah peer
b. Bentuk bola
c. Bentuk silinder
Tahapan ekstraksi cair-cair diskontinyu dengan menggunakan corong pisah dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8. Tahapan-tahapan ekstraksi dengan corong pisah
Didalam pelaksanaan ekstraksi dengan corong pisah, ada beberapa hal yang perlu diperhatian yakni :
1. Corong hendaknya jangan diisi melebihi ¾ bagian corong
2. Penggojokan mula-mula pelan, kelebihan tekanan dibebaskan melalui tangkai. Setlah jenuh dengan uap ekstragen penggojokkan dapat lebih dikuatkan.
3. Penggojokkan dilakukan kearah badan
Penggojokan didalam proses ini memungkinkan terjadinya emulsi. Emulsi menyebabkan pemisahan yang tidak jelas antara fasa organic dan fasa air. Emulsi terjadi terutama bila larutan air bersifat basa. Emulsi dapat dihilangkan dengan cara :
1. Menarik udara di atas lapisan emulsi.
2. Menjenuhkan lapisan air dengan natrium klorida
3. Menambahkan beberapa tetes alkohol
4. Mendiamkan larutan beberapa saat.
2.4 Pemilihan ekstraksi bertahap dan berkesinambungan
Ekstraksi bertahap dilakukan bila substansi yang diekstrak mempunyai D (ratio distribusi) yang besar. Untuk hal yang demikian jumlah tahapan yang diperlukan tidak perlu terlalu banyak. Sebagai contoh bila D lebih besar dari 4, ekstraksi 3 tahap telah cukup untuk memisahkan 99%. Ektraksi yang berkesinambungan adalah sangat baik dilakukan bila substansi mempunyai D yang kecil dan factor pemisah a yang besar.
2.5 Pelarut
Suatu pelarut dikatakan sesuai sebagai pelarut pengekstraksi bila memenuhi syarat-syarat berikut :
1. Tidak larut dalam larutan substansi yang diekstrak
2. Dapat membentuk system pelarut yang memungkinkan substansi mempunyai D yang besar.
3. Mudah dipisahkan dari substansi yang diekstrak.
4. Tidak mengadakan reaksi kimia yang tidak diinginkan dengan substansi yang diekstrak.
5. Dapat membentuk system yang mempunyai factor pemisahan a yang besar
6. Disamping itu, perlu juga diperhatikan harganya, cara penggunaan, toksisitas dan mudah tidaknya terbakar.
Pelarut dapat dibedakan berdasarkan aktivitas kimia dan kepolaran. Berdasarkan aktivitas kimianya, pelarut dapat dibedakan menjadi :
1. Pelarut yang aktif secara kimia. Contoh NaOH/ KOH 5 %, NaCl 5%, H2SO4 dingin pekat, dan lain-lain
2. Pelarut yang tidak aktif secara kimia. Contoh H2O, C2H5OH, C3H6O, C2H6O, C6H6. dan lain-lain.
Berdasarkan kepolaritasannya, pelarut dapat dibedakan menjadi :
1. Pelarut yang polar. Contoh : H2O
2. Pelarut semi polar. Contoh: C2H5OH, C3H6O
3. Pelarut non polar. Contoh : C2H6O, C6H6
Tidak ada komentar:
Posting Komentar